CN206671924U - 一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统 - Google Patents
一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种智能植物养护管理控制系统，尤其涉及一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，包括数据采集中心、控制中心、用户终端、外围执行设备。所述数据采集中心将采集的土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、CO2浓度物理数据量传输到控制中心，所述控制中心通过预设阈值处理判断，控制外围执行设备的开合，对植物进行补光、加湿、灌溉、保温的精细化种植管理。管理者通过登录终端设备，可查看植物生长的环境数据及各阶段生长图片、接收寒潮、高温及异常状况的预警信息并作出远程处理和联网分享。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能植物养护管理控制系统，尤其涉及一种基于物联网技术的自动控制和远程监控的植物养护管理系统。
背景技术
21世纪以来，不少温室大棚开始使用机械种植代替传统方式进行农业生产，但仍然摆脱不了人力成本高，资源利用率低，尤其是水资源利用低的问题。同时，随着城镇化的推进，不少城市上班族希望利用自家阳台、花园、露台进行花卉、蔬菜的培养与种植，但其缺乏专业的种植养护知识，种植结果往往不尽人意。
随着传感器、单片机等设备市场的成熟，近几年物联网技术在以种植业为核心的农业信息化领域已经得到初步应用。物联网技术指的是通过RFID射频标签、传感器、GPS等电子元器件设备安装一定的通信协议与标准，通过信息技术计算机手段，将物品与互联网相连接，进行远程实时的信息交互、信息共享与管理。
目前，市面上存在一些智能花盆、智能种植箱、温室大棚利用传感器收集植物生长环境的数据，并反馈在相应显示器上，提示种植者进行浇水、施肥、补充营养元素等操作，但该操作仅限于种植者在种植现场，不能远程连网、实时监控。又有一些利用物联网技术形成的智能远程种植系统，虽然能实现远程操作，但并未对植物生长各阶段的数据进行收集和直观的生长记录，无法进行建模分析对种植者进行科学的指导，对恶劣天气也不能提早做出预警提醒。
发明内容
本实用新型所解决的技术问题在于提供一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，能够实时监控植物生成环境的各项参数，拍摄、记录植物生成各阶段的照片，使种植者在不掌握专业种植知识的情况下，利用终端设备，远程查看植物生长情况并根据设置的植物最佳生长模式，进行精细化管理养护，达到趣味性、科学性的种植效果，并基于云天气预报，接收恶劣天气的预警提醒。
为实现上述目的，本实用新型采用下述的技术方案。
一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，包括数据采集中心、控制中心、用户终端、外围执行设备。
所述数据采集中心包括各类传感器，用以监测、采集种植过程中外部环境的土壤温湿度、空气温湿度、光照强度和CO2浓度的物理数据量。
所述传感器包括土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、光强度传感器、CO2传感器，可编程设定传感器的阈值。
所述控制中心包括处理器、AD转换芯片、通信模块、电磁继电器、电磁阀、电位器、供电模块、控制面板、摄像头，用以传输所述数据采集中心采集的植物生长外部环境数据及控制外围执行设备做出补水、补光、调温、调节CO2浓度的操作。
所述处理器采用51单片机，利用51单片机上可编程的GPIO口线，连接本系统数据采集中心的传感器、外围执行设备、AD转换芯片、电磁继电器、电磁阀、电位器、通信模块、供电模块、控制面板、摄像头。
所述AD转化芯片用以将所述数据采集中心的传感器采集的模拟信号转化为数字信号，通过所述51单片机的GPIO接口与51单片机连接，进而使所述51单片机读取植物生长的外部环境数据。
所述通信模块采用WIFI或蜂窝模块，用以传输所述数据采集中心采集的植物生长外部环境数据至云服务器，通过所述51单片机GPIO口线与所述51单片机连接。
所述电磁继电器通过所述51单片机的GPIO口线连接所述51单片机，当外围执行设备功率较高，如水泵、大功率灯泡、地电热，所述51单片机的GPIO口无法直接控制外围执行设备的开启与关闭，利用所述电磁继电器的吸合与断开，间接控制高电压电路上的外围执行设备开启与关闭，所述电磁继电器最高可控制220伏、3安电流的功率设备，为了避免传感器数据在临界值附近，电磁继电器反复来回吸合与断开损耗设备使用寿命，编程空置时添加延时的判断逻辑，连续临界状态时延迟10-20秒启动外围执行设备。
所述电磁阀通过所述51单片机引脚连入控制中心，用以控制水流、液态CO2的开启。
所述电位器通过与所述51单片机引脚连入控制中心，通过电位器调节控制相应传感器的阈值。
所述供电模块通过所述51单片机GPIO引脚连入本系统。
所述控制面板通过所述51单片机的GPIO口线连入本系统，用以显示系统的土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、CO2含量，并设置控制键。
所述摄像头用以监控、拍摄植物生长周期的照片，通过所述51单片机GPIO口线与所述控制中心连接。
所述用户终端用以实现人机交互，管理者可使用用户终端登录应用程序，查看当前植物种植数据的柱状图、饼状图、折线图，并可在社交平台分享种植信息、种植图片，管理者可基于云天气预报，接收寒潮、高温、洪涝、大风的预警提醒，及时作出相应预防措施。
所述外围执行设备用以响应所述51单片机及管理者的远程指令，包括水泵、喷杆、风扇、地电热或大功率灯泡、补光灯、CO2钢瓶、减压表头。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统包括数据采集中心(1)、控制中心(2)、用户终端(3)、外围执行设备(4)。
所述数据采集中心(1)包括各类传感器。
进一步地，所述传感器包括土壤湿度传感器(11)、土壤温度传感器(12)、空气温湿度传感器(13)、光照强度传感器(14)、CO2传感器(15)。
所述控制中心(2)包括处理器(22)、AD转换芯片(21)、通信模块(23)、电磁继电器(24)、电磁阀(25)、电位器(26)、供电模块(27)、控制面板(28)、摄像头(29)，所述控制中心(2)用以传输植物外部生长数据，控制外围执行设备(4)的开启，进行补水、补光等操作。
所述用户终端(3)可以是智能手机或电脑、平板电脑。
所述外围执行设备(4)包括水泵(41)、喷杆(42)、风扇(43)、地电热/大功率灯泡(44)、补光灯(45)、CO2钢瓶(46)、减压表头(47)。
如图1所示，为监测植物种植环境的外部数据，进行远程智能管理，预防恶劣天气，进行种植分析、分享，采用的具体实施方案是下述方式。
为监测种植土壤湿度、湿度数据，将所述土壤湿度传感器(11)、土壤湿度传感器(12) 的金属探针插入种植土壤中，通过AD转换芯片(21)将模拟信号转化为数字信号，使处理器(22)读取，并通过所述电位器(26)，调节控制所述土壤温度传感器(11)、土壤湿度传感器(12)的阈值，以使触发土壤湿度、温度在合理范围。
优选地，所述土壤湿度传感器(11)采用FC-28土壤湿度传感器、土壤温度传感器(12) 采用DS18B20数字式温度传感器。
为监测种植环境的空气湿度、温度，采用空气温湿度传感器(13)，将空气温湿度传感器(13)的金属探针暴露在空气中，通过AD转换芯片(21)将模拟信号转化为数字信号，使处理器(22)读取数据，并通过所述电位器(26)，调节控制所述空气温湿度传感器(13) 的阈值，以使触发空气湿度、温度在合理范围。
优选地，所述空气温湿度传感器(13)采用DHT21空气温湿度传感器，该传感器具有响应时间快、精度高的特点，能有效、精准采集空气温湿度数据。
为获取植物生长环境光照强度的数据，采用光强度传感器(14)，通过AD转换芯片(21) 将模拟信号转化为数字信号，被处理器(22)读取，并通过所述电位器(26)，调节控制所述光强度传感器(14)的阈值，以使触发光照强度在合理范围。
优选地，所述光强度传感器(14)采用GY-30数字光强度传感器，所述GY-30数字光强度传感器可在各种常见白炽灯、荧光灯、LED灯光下工作。
CO2作为植物光合作用至关重要的原料供给是植物生长所需光合作用的必备条件，为了监测种植环境中CO2浓度，采用CO2传感器(15)检测空气中的CO2浓度，将所述CO2传感器(15)的金属探针暴露在空气中，通过AD转换芯片(21)将模拟信号转化为数字信号，被处理器(22)读取，采集种植环境中CO2浓度，并通过所述电位器(26)，调节控制所述CO2传感器(15)的阈值，以使触发CO2浓度在合理范围。
优选地，所述CO2传感器(15)采用MG811型号的CO2传感器。
所述控制中心(2)的处理器(22)，优选地采用51单片机。
所述51单片机，通过GPIO引脚连接所述AD转换芯片(21)，采集植物生长环境的土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、CO2浓度数据，并将上述数据通过所述通信模块(23) 传输至云服务器。
优选地，所述通信模块(23)采用WIFI或蜂窝模块。
进一步地，所述云服务器对采集当前植物的光照强度数据进行储存并处理分析，建立植物生长档案，整合数据生成柱状图、饼状图、折线图。
所述控制面板(28)通过所述51单片机的GPIO口线连入系统，设有显示屏，用以显示当前种植环境下的土壤温度、湿度、空气温度、湿度、光照强度、CO2浓度信息，并设有控制键，用以控制外围执行设备(4)的补水、补光等操作，当产生异常温度、湿度等数据时，显示屏相应数字闪烁，提醒管理者做出养护处理。
所述摄像头(29)用以监控、拍摄植物生长周期的照片，与所述51单片机GPIO口线连接。
所述51单片机外接供电模块(27)，通过所述51单片机的GPIO引脚连入本系统。
进一步地，在布线困难或突然断电情况下备用太阳能板和蓄电池作为本系统的补充供电模块。
管理者可使用终端设备登录应用程序，远程查看当前种植植物的外部生长环境数据及植物生长情况。
当土壤较干达不到传感器预设的阈值，需要加水灌溉时，采用有水压的自来水龙头供水，即水流自身能够通畅的通过软水管淌入土壤时，不需要人为的水压力，采用所述电磁阀(25)的闭合即可保障种植过程中水的供应。
当水压不足流淌入土壤时，需要使用水泵(41)对水施加机械能的方式以保证水源流通与供应，通过51单片机的GPIO引脚控制电磁继电器(24)的吸合进而控制水泵(41)的开启。
当空气过于干燥达不到所述空气温湿度传感器(13)预设阈值时，通过所述51单片机编程设置触发方式或喷杆(42)定时喷水，以达到空气增湿效果。
当空气湿度过高时，通过所述51单片机编程设置电磁继电器(24)的吸合，间接控制风扇(43)的开合实现通风干燥。
对于冬季出现的寒潮天气，或温室大棚反季蔬菜的种植，温度过低达不到植物种植标准，可在大棚内铺设地电热或连接大功率灯泡(44)，通过所述电磁继电器(24)的吸合来控制地电热或大功率灯泡(44)的开关，以给当前种植环境增温。
当植物光照强度达不到所述光强度传感器(14)预设的补偿点，例如连续的雾霾或阴雨天气时，或植物花期或果实期需要额外光照的情况下，通过所述51单片机编程开启补光灯 (45)可以为植物生长提供更好的光照条件。
优选地，补光灯采用LED植物生长补光灯。
当种植环境中CO2浓度不足时，需要对CO2进行补给，优选地采用CO2高压液化气，CO2高压液化气体保存在CO2钢瓶(46)中。
进一步地，为保证使用过程中高压液化气体使用安全，在钢瓶出口连接减压表头(47)，当气体通过减压表头后，连接所述电磁阀(25)控制供气的开闭，使钢瓶内的CO2气体得以输出到种植环境中。
进一步地，为了避免各传感器数据在临界值附近，电磁继电器反复来回吸合与断开损耗设备使用寿命，编程空置时添加延时的判断逻辑，连续临界状态时延迟10-20秒启动外围执行设备。
为了预防寒潮和高温天气，用户终端的应用程序基于云天气预报，采用中国天气网云端数据库提供多样化的天气数据API接口，调用国内多个城市部署站点获取未来时间内的天气预报，提供当前城市的最高温度、最低温度、空气湿度、紫外线、风力等天气数据信息。
进一步地，管理者接收所述中国天气网云端数据库发送的寒潮、洪涝地质灾害、大风预警提醒，并及时作出相应预防措施。
管理者使用所述终端设备，如手机、电脑，远程查看植物生长土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、CO2浓度、浇水次数、喷雾、补光、图片等情况，并可进行社交平台的种植分享，使不具备专业种植技术的管理者也能进行科学、精细化管理，达到趣味性种植的目的。
本实用新型所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征同等替换所组成的技术方案，本实用新型的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (7)
1.一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，包括数据采集中心、控制中心、用户终端、外围执行设备其特征在于：
所述数据采集中心包括土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器、光强度传感器、CO2传感器，用以监测、采集种植过程中外部环境的土壤湿温度、空气湿温度、光照度和CO2浓度的物理数据量，可编程设定传感器感应阈值；
所述控制中心包括处理器、AD转换芯片、通信模块、电磁继电器、电磁阀、电位器、供电模块、控制面板、摄像头，用以传输所述数据采集中心采集的植物生长外部环境数据及控制外围执行设备做出补水、补光、调温、调节CO2浓度的操作；
所述用户终端用以实现人机交互，管理者可使用用户终端登录应用程序，查看当前植物种植数据的柱状图、饼状图、折线图，实现种植数据的分析与应用；
所述外围执行设备用以响应所述处理器及管理者的远程指令，包括水泵、喷杆、风扇、地电热/大功率灯泡、补光灯、CO2钢瓶、减压表头。
2.如权利要求1所述一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，其处理器采用51单片机，连接本系统数据采集中心的传感器、外围执行设备、AD转换芯片、电磁继电器、电磁阀、电位器、通信模块、供电模块、控制面板、摄像头。
3.如权利要求1所述一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，所述AD转化芯片用以将所述数据采集中心的传感器采集的模拟信号转化为数字信号，进而使所述处理器读取植物生长的外部环境数据。
4.如权利要求1所述一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，利用所述电磁继电器的吸合与断开，间接控制高电压电路上的外围执行设备开启与关闭，为了避免传感器数据在临界值附近，电磁继电器反复来回吸合与断开损耗设备使用寿命，编程空置时添加延时的判断逻辑，连续临界状态时延迟10-20秒启动外围执行设备。
5.如权利要求1所述一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，所述电位器与所述处理器相连，利用电位器调节控制所述传感器的阈值。
6.如权利要求1所述一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，其控制面板设有显示屏，用以显示当前种植环境下的土壤温度、湿度、空气温度、湿度、光照强度、CO2浓度信息，并设有控制键，当产生异常数据时，显示屏相应数字闪烁，提醒管理者做出养护处理。
7.如权利要求1所述一种基于物联网技术的智能植物养护管理控制系统，所述CO2钢瓶连接减压表头，以保证使用过程中高压液化气的使用安全。
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